 |
|
Формування та обробка СЗМ зображень
Процес сканування поверхні в СЗМ має подібність із рухом електронного променя по екрані в електронно-променевій трубці телевізора. Зонд рухається уздовж лінії (рядка) спочатку в прямому, а потім у зворотному напрямку (рядкове розгорнення), потім переходить на наступний рядок (кадрове розгорнення). Рух зонда здійснюється за допомогою сканера невеликими кроками під дією пилкоподібних напруг, формованих цифро-аналоговими перетворювачами. Реєстрація інформації про рельєф поверхні виробляється, як правило, на прямому проході.
Інформація, отримана за допомогою скануючого зондового мікроскопу, зберігається у вигляді СЗМ кадру - двовимірного масиву цілих чисел 
(матриці). Фізичний сенс даних чисел визначається тією величиною, що оцифровувалась у процесі сканування. Кожному значенню пари індексів ij відповідає певна крапка поверхні в межах поля сканування. Координати крапок поверхні обчислюються за допомогою простого множення відповідного індексу на величину відстані між крапками, у яких вироблявся запис інформації:
.
Тут 
і 
– відстані між сусідніми крапками уздовж осі X і Y , у яких вироблявся запис інформації. Як правило, СЗМ кадри являють собою квадратні матриці, що мають розмір 2” (в основному 256×256 і 512×512 елементів). Візуалізація СЗМ кадрів виробляється засобами комп'ютерної графіки, в основному, у вигляді тривимірних (3D) і двовимірних яркісних (2D) зображень. При 3D візуалізації зображення поверхні Z = f(x,y), що відповідає СЗМ даним, будується в аксонометричній перспективі за допомогою пікселей або ліній. На додаток до цього використовуються різні способи підсвічування пікселей, що відповідають різній висоті рельєфу поверхні. Найбільш ефективним способом розфарбування 3D зображень є моделювання умов підсвічування поверхні крапковим джерелом, розташованим у деякій крапці простору над поверхнею (рис. 1.15). При цьому вдається підкреслити дрібномасштабні нерівності рельєфу. Також засобами комп'ютерної обробки і графіки реалізуються масштабування та обертання 3D СЗМ зображень. При 2D візуалізації кожній крапці поверхні Z= f(x,y) ставиться у відповідність колір. Найбільше широко використовуються градієнтні палітри, у яких розфарбування зображення робиться тоном певного кольору відповідно до висоти крапки поверхні.
Рисунок 1.15 – 3D візуалізація рельєфу поверхні з підсвічуванням по висоті (а) і з бічним підсвічуванням (б)
На рис. 1.16 для приклада наведено 2D і 3D зображення ділянки поверхні високоорієнтованого піролітичного графіту (ВОПГ). СЗМ зображення, поряд з корисною інформацією, містять також багато побічної інформації, що спотворює дані про морфологію і властивості поверхні.
Рисунок 1.16 – СТМ - зображення ВОПГ: ліворуч - 3D; праворуч - 2D яркісне зображення
Спотворення в СЗМ зображеннях поверхні, обумовлені неідеальністю апаратури (постійну складову, постійний нахил, неідеальність властивостей п’єзосканера) видаляються зі СЗМ кадру програмними способами. Шуми апаратури (в основному, це шуми високочутливих вхідних підсилювачів), нестабільності контакту зонд-зразок при скануванні, зовнішні акустичні шуми і вібрації приводять до того, що СЗМ зображення, поряд з корисною інформацією, мають шумову складову. Частково шуми СЗМ зображень також можуть бути вилучені програмними засобами.